Problem badawczy
Generalnie, budynki nie są budowane od razu, ale etapami. Z punktu widzenia konstrukcji poszczególne elementy konstrukcyjne są łączone w jeden budynek podczas budowy. Konstrukcja przeznaczona do stanu końcowego jest dostępna najpóźniej po zakończeniu budowy. Konstrukcja przechodzi przez różne etapy budowy, zanim osiągnie stan końcowy.
Gdy elementy konstrukcyjne są dodawane do konstrukcji podczas budowy, ich ciężar własny jest aktywny. Efektywny ciężar własny musi być wyprowadzony z samej konstrukcji lub z konstrukcji pomocniczych i zastosowany w podłożu budynku. Dotyczy to również obciążeń ograniczonych w czasie, które mogą wystąpić ze względu na sposób budowy lub warunki otoczenia w trakcie budowy. To, które elementy konstrukcyjne są efektywne i w którym układzie konstrukcyjnym, zależy również od metod konstrukcyjnych i procesu konstrukcyjnego. W zależności od tego, czy konstrukcja, czy poszczególne części są wykorzystywane do przenoszenia obciążeń podczas budowy, elementy konstrukcyjne budynku są już poddawane obciążeniom przed końcowym etapem, co powoduje odkształcenia.
Opcje w RFEM
Program RFEM oferuje dwie podstawowe opcje wyświetlania lub uwzględniania etapów budowy budynku. Po pierwsze, dostępny jest do tego moduł dodatkowy RF-STAGES. Po drugie, program RFEM umożliwia dezaktywację poszczególnych elementów konstrukcyjnych w przypadkach obciążeń i kombinacjach obciążeń.
Moduł dodatkowy RF-STAGES analizuje konstrukcję na poszczególnych etapach konstrukcji za pomocą nieliniowych obliczeń MES. Metoda ta pozwala na uwzględnienie nieliniowości i redystrybucji spowodowanych usunięciem elementów konstrukcyjnych. Tworzony jest układ równań, który w zależności od wprowadzonych ustawień jest modyfikowany i obliczany na poszczególnych etapach. Jest to obliczenie iteracyjne. Dla każdego stopnia muszą być spełnione warunki równowagi.
[K (u)] ∙ {u} = {F}
K ... macierz sztywności
{u} ... wektor deformacji
{F} ... wektor siły
W programie RFEM można dezaktywować poszczególne elementy konstrukcyjne (pręty, powierzchnie, bryły, podpory węzłowe, podpory liniowe, podpory powierzchniowe) dla przypadku obciążenia lub kombinacji obciążeń. Ta opcja umożliwia wyświetlenie prostych etapów budowy; na przykład liniowy układ budynków. Dla każdego rozpatrywanego etapu budowy należy utworzyć osobny przypadek obciążenia własnego lub z obciążeniami stałymi. W programie RFEM można zaznaczyć pole wyboru "Dezaktywuj" w parametrach obliczeniowych przypadku obciążenia. W ostatniej zakładce można dezaktywować poszczególne części konstrukcji, co nie będzie działać na etapie budowy.
Wyniki z poszczególnych etapów można nałożyć później w kombinacji wyników. Przy takim podejściu należy pamiętać, że jest to liniowa superpozycja wyników poszczególnych etapów, które są obliczane na układzie nieodkształconym.
Porównanie obu wariantów w przykładzie
Na ogólnym przykładzie konstrukcji budynku przedstawiono porównanie obu metod. Przykładem jest czterokondygnacyjna konstrukcja żelbetowa, która została zaprojektowana w czterech etapach. Poszczególne kondygnacje są budowane jedna po drugiej i żadna część konstrukcyjna nie jest usuwana w trakcie budowy.
Wynik (max uZ [mm] | Model):
7,06 | Model w RF-STAGES
7,06 | Model w RFEM z etapami budowy
7,89 | Model w RFEM bez etapów budowy
Uwagi końcowe
Przykład pokazuje, że w programie RFEM można wyświetlić proste etapy budowy budynku poprzez dezaktywację elementów konstrukcyjnych. Pomimo zastosowania zasadniczo różnych metod, w programach RFEM i RF-STAGES powstają te same deformacje konstrukcji. Ponadto przykład ten pokazuje, że uwzględnienie etapów budowy w przypadku budynku czteropiętrowego ma wyraźny wpływ na odkształcenia spowodowane obciążeniami ruchomymi i stałymi. Uwzględniając etapy budowy, powstałe odkształcenia są o około 10% mniejsze niż odkształcenia wynikające z obliczeń na całym modelu.
Baza informacji